'물 연료차'에 한 걸음 더…국내 연구진 물 분해 신촉매 개발

휘발유 등 화석연료 대신 물을 사용해 주행할 수 있는 자동차 개발을 촉진할 수 있는 획기적인 신기술이 국내 연구진에 의해 개발됐습니다.

울산과학기술원(UNIST)은 백종범 에너지 및 화학공학부 교수팀이 금속의 일종인 루테늄(Ru)과 2차원 유기 구조체 'C₂N'을 합성해 새로운 물 분해촉매 'Ru@C₂N'을 만들었다고 밝혔습니다.

현재 상용화 단계에 있는 수소연료차는 수소와 산소가 만나는 과정에서 발생하는 전기를 동력원으로 사용합니다.

특히 수소를 얻는 것이 중요합니다.

루테늄과 'C₂N'을 합성한 'Ru@C₂N'이 기존의 백금 촉매에 버금가는 성능으로 물(H₂0)에서 수소(H)와 산소(O)의 결합력을 약화시켜 쉽게 수소를 얻을 수 있습니다.

기존 촉매로 백금이 널리 쓰이고 있으나 현재 1g당 가격이 7만 8천원으로 비용적 측면에서 비싸다는 단점이 있습니다.

또 염기성 물에서는 상대적으로 쉽게 녹아 안정성이 낮은 제약이 있다는게 연구팀의 주장입니다.

연구팀은 백금을 대신할 촉매를 찾기 위해 벌집 모양의 유기구조체 'C₂N'에 루테늄, 코발트, 니켈, 납 등을 합성해 실험하던 중 루테늄을 사용했을 때 백금 촉매와 거의 비슷한 효율을 보이는 것을 확인했습니다.

루테늄은 백금과 같은 금속이지만, 귀금속으로 쓰이지 않아 가격이 백금의 4% 수준입니다.

촉매로 만드는 방법도 'C₂N'에 넣어 열처리하면 돼서, 실제 촉매로 만드는 비용은 백금 촉매의 1% 수준까지 낮아질 수 있다고 연구팀은 말했습니다.

안정성도 높아 염기성 물에선 백금과 비교해 더 높은 효율을 보였다고 연구팀은 밝혔습니다.

이번에 개발한 촉매를 이용하면 수소를 안정적으로 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 기름 대신 물을 연료로 사용하는 자동차 개발도 앞당길 수 있다는 게 연구팀의 설명입니다.

특히 환경오염 없이 차량 연료용 수소를 안정적으로 공급할 수 있을 것으로 연구팀은 기대했습니다.

기존에는 메탄가스에 수증기를 섞어 고온고압으로 처리해 분리시켜 수소를 얻는데, 이때 탄소도 함께 나오기 때문에 환경오염이 발생할 수 있습니다.

백 교수는 "비용, 안정성, 내구성, 낮은 전압에도 구동하는 성질 등 모든 요소를 고려하면 세계 최고 성능의 물 분해촉매를 개발한 것"이라고 밝혔습니다.

연구 성과는 나노과학 분야 권위지인 '네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)'에 실렸습니다.